(57)【要約】【課題】焼き入れ後の高硬度のＣＶＴボール溝の円弧部のような高いフォーム形状精度が可能なブローチ工具を提供。【解決手段】表面硬度４５〜６５ＨＲＣのワーク３０の仕上げ加工用ブローチ工具１において、ブローチ加工力によるワークの弾性変形１４，１５ａ，１５ｂ量を予め計算し又は実験により予測し、加工後に加工力が除去されてワークの弾性変形が戻ったときにワークの要求形状となるように、ブローチ切れ刃５のフォーム形状を補正する。ＣＶＴボール溝７の円弧部９ａ，９ｂの設計曲率半径Ｒ１より、逃げ部１０側加工部Ａの曲率半径Ｒ２を１１０％以上１２０％以下、加工範囲θを２０°以上３０°以内とする。面取り部１３ａ，１３ｂ側加工部Ｃの曲率半径Ｒ３を１１０％以上１２０％以下、加工範囲φ７５°以上かつ面取り部端から０．２ｍｍ以上の幅とする。【選択図】        図３
2005007537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面硬度４５〜６５ＨＲＣ（ロックウエル硬さＣスケール）のワークの仕上げ加工に適用するブローチ工具において、ブローチ加工力によるワークの弾性変形量を予め計算し又は実験により予測し、加工後に加工力が除去されてワークの弾性変形が戻ったときにワークの要求形状となるように、ブローチ切れ刃のフォーム形状を補正したことを特徴とするブローチ工具。
【請求項２】
表面硬度４５〜６５ＨＲＣのワークのＣＶＴボール溝の仕上げ加工に適用するブローチ工具において、前記ワークのボール溝はボール溝を転動するボールがボール溝と二点接触するようにされた円弧部と、前記円弧部の仮想交点部近傍に設けられた逃げ部と、を有しており、前記円弧部を仕上げ加工するブローチ仕上げ切れ刃の逃げ部側加工部の曲率半径が、前記ワーク円弧部の設計曲率半径よりも大きく、かつスムースに接続されていることを特徴とするブローチ工具。
【請求項３】
前記ブローチ仕上げ切れ刃の逃げ部側加工部の曲率半径は、ワークの設計曲率半径の１１０％以上１２０％以下であり、前記逃げ部側加工部の範囲は、前記ボール溝の円弧部の仮想交点と前記ボール溝が形成される内径穴中心とを結ぶ線（分割線）と、前記ワークの設計曲率半径の中心と前記逃げ部側加工部の曲率中心とを結ぶ線との交差角θで前記円弧部の仮想交点をθ＝０°として各々θが２０°以上３０°以内とされていることを特徴とする請求項２に記載のブローチ工具。
【請求項４】
表面硬度４５〜６５ＨＲＣのワークのＣＶＴボール溝の仕上げ加工に適用するブローチ工具において、前記ワークのボール溝はボール溝を転動するボールがボール溝と二点接触するようにされた円弧部と、前記円弧部の仮想交点部近傍に設けられた逃げ部と、前記ワークの前記円弧部と前記ボール溝が開口する内径穴との仮想交点部近傍に設けられた面取り部と、を有しており、前記円弧部を仕上げ加工するブローチ仕上げ切れ刃の前記面取り部側加工部の曲率半径が、前記ワーク円弧部の設計曲率半径よりも大きく、かつスムースに接続されていることを特徴とするブローチ工具。
【請求項５】
前記ブローチ仕上げ切れ刃の面取り部側加工部の曲率半径は、ワークの設計曲率半径の１１０％以上１２０％以下であり、前記面取り部側加工部の加工範囲は、前記ボール溝の円弧部の仮想交点と前記ボール溝が形成される内径穴中心とを結ぶ線（分割線）と、前記ワークの設計曲率半径の中心と前記逃げ部側加工部の曲率中心とを結ぶ線との交差角φで前記円弧部の仮想交点をφ＝０°として各々φが７５°以上かつ面取り部端から０．２ｍｍ以上の幅とされていることを特徴とする請求項４に記載のブローチ工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼き入れ後のような高硬度材を高精度に加工する高精度仕上げ用ブローチ工具、さらには固定シーブの軸部にボールスプラインを介して摺動自在に支持される可動シーブを有する無段変速機用プーリ装置の可動シーブに設けられたスプライン溝（本発明においては、以下「ＣＶＴボール溝」と記す）等に適するブローチ工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＶＴボール溝は形状精度が必要であり、熱処理後に仕上げ加工が行われる。しかし、熱処理後のワーク硬度が高いため、通常、研削加工で仕上げられている（特許文献１）。そこで、研削加工に代わる加工法として、特許文献２においては、超硬切れ刃を有するブローチでかかる熱処理後の高硬度のワークを加工する方法が開示されており、この方法によれば、研削加工よりも高能率加工ができる特徴がある。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１４１８４９号公報、図２（ｃ）符号Ａ
【特許文献２】特開２００１−２３９４２５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２に示されたような高硬度材でのブローチ加工では、すくい角を負角としているためブローチ加工時に切れ刃の進行方向と垂直な方向の分力が大きく、また、加工部材硬度が硬く切削抵抗自体が大きいため、加工部材の穴や溝あるいは壁面等の被加工部分の拡大方向の変形量が、研削加工に比べて大きく、ワークの弾性変形により、切削断面のフォームがくずれるという問題があった。また、ＣＶＴボール溝においては、その表面硬度４５〜６５ＨＲＣ（ロックウエル硬さＣスケール：以下同じ）であって、図３に示すように、ボール溝７はボール溝を転動するボールがボール溝と二点接触するようにされた円弧部９ａ，９ｂと、円弧部の仮想交点部近傍に設けられた逃げ部１０を有するようにされており、さらに、ボール溝７が開口する内径穴８との仮想交点近傍に設けられた面取り部１３ａ，１３ｂが設けられるものが多い。この円弧部９ａ，９ｂのフォーム形状精度は１０μｍ以下が要求される。しかしながら、この円弧部のフォーム形状が要求加工精度に入らない場合があった。
【０００５】
本発明の課題はかかる問題点に鑑みて、高硬度材でのブローチ加工において、切削断面のフォームがくずれることがなく、さらにはＣＶＴボール溝のような高いフォーム形状精度を必要とする円弧部のブローチ加工に適したブローチ工具を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は鋭意研究の結果、特に表面硬度４５〜６５ＨＲＣのＣＶＴボール溝の円弧部のフォームくずれの原因が、ＣＶＴボール溝の逃げ部側でのワークの弾性変形が他の部分よりも大きく、ブローチ加工後の曲率半径が逃げ部側で小さくなる傾向があることを知得した。一方、面取り部等を有する場合においては、ボール溝の面取り側の円弧部でのワークの弾性変形が他の部分よりも大きく、ブローチ加工後の曲率半径が面取り側で小さくなる傾向があり、逃げ部側と面取り側との中間部では比較的変形が小さいことを知得した。またこれを防止する方法として、ブローチ切れ刃のフォーム形状にこのような弾性変形量に応じた補正を加えることにより、ワークの弾性変形が戻ったときにねらいのフォーム形状とできることを知得した。
【０００７】
この知得により、本発明においては、表面硬度４５〜６５ＨＲＣのワークの仕上げ加工に適用するブローチ工具において、ブローチ加工力によるワークの弾性変形量を予め計算し又は実験により予測し、加工後に加工力が除去されてワークの弾性変形が戻ったときにワークの要求形状となるように、ブローチ切れ刃のフォーム形状を補正したブローチ工具を提供することにより前述した課題を解決したのである。
【０００８】
特に、ワークがＣＶＴボール溝の場合は、請求項２に記載の発明においては、
表面硬度４５〜６５ＨＲＣのワークのＣＶＴボール溝の仕上げ加工に適用するブローチ工具において、前記ワークのボール溝はボール溝を転動するボールがボール溝と二点接触するようにされた円弧部と、前記円弧部の仮想交点部近傍に設けられた逃げ部と、を有しており、前記円弧部を仕上げ加工するブローチ仕上げ切れ刃の逃げ部側加工部の曲率半径が、前記ワーク円弧部の設計曲率半径よりも大きく、かつスムースに接続されたブローチ工具を提供する。これにより、ボール溝の逃げ部側の円弧部が弾性変形により小さくなっても所定のフォーム形状になる。
【０００９】
補正量は、請求項３に記載の発明においては、前記ブローチ仕上げ切れ刃の逃げ部側加工部の曲率半径は、ワークの設計曲率半径の１１０％以上１２０％以下であり、前記逃げ部側加工部の範囲は、前記ボール溝の円弧部の仮想交点と前記ボール溝が形成される内径穴中心とを結ぶ線（分割線）と、前記ワークの設計曲率半径の中心と前記逃げ部側加工部の曲率中心とを結ぶ線との交差角θで前記円弧部の仮想交点をθ＝０°として各々θが２０°以上３０°以内とした。ボール溝の円弧半径は３〜４ｍｍ程度の小さいものであり、仕上げ時の取り代も一切れ刃当たり５〜１５μｍ、総取り代で０．０２〜０．２ｍｍと小さい場合が多い。曲率半径１１０％未満では要求フォームより小さくなりすぎ、１２０％超では削り過ぎとなる。また、円弧部の範囲は２０°未満では、補正範囲が狭すぎ、３０°超では変形の少ない中間部の形状がくずれるからである。
【００１０】
面取り側においても、同様な傾向があることは前述した通りであり、請求項４に記載の発明においては、表面硬度４５〜６５ＨＲＣのワークのＣＶＴボール溝の仕上げ加工に適用するブローチ工具において、前記ワークのボール溝はボール溝を転動するボールがボール溝と二点接触するようにされた円弧部と、前記円弧部の仮想交点部近傍に設けられた逃げ部と、前記ワークの前記円弧部と前記ボール溝が開口する内径穴との仮想交点部近傍に設けられた面取り部と、を有しており、前記円弧部を仕上げ加工するブローチ仕上げ切れ刃の前記面取り部側加工部の曲率半径が、前記ワーク円弧部の設計曲率半径よりも大きく、かつスムースに接続されたブローチ工具を提供する。これにより、面取り部側の円弧部が弾性変形により小さくなっても所定のフォーム形状になる。
【００１１】
また、その補正量は、請求項５に記載の発明においては、前記ブローチ仕上げ切れ刃の面取り部側加工部の曲率半径は、ワークの設計曲率半径の１１０％以上１２０％以下であり、前記面取り部側加工部の加工範囲は、前記ボール溝の円弧部の仮想交点と前記ボール溝が形成される内径穴中心とを結ぶ線（分割線）と、前記ワークの設計曲率半径の中心と前記逃げ部側加工部の曲率中心とを結ぶ線との交差角φで前記円弧部の仮想交点をφ＝０°として各々φが７５°以上かつ面取り部端から０．２ｍｍ以上の幅とされているブローチ工具とした。前述した逃げ部側と同様に、曲率半径１１０％未満では要求フォームより小さくなりすぎ、１２０％超では削り過ぎとなる。また、円弧部の範囲は７５°未満では、中間部での形状がくずれ、面取り部端から０．２ｍｍ未満の範囲では要求フォームとならないからである。なお、補正する切れ刃はブローチ工具の全刃部でも一部の刃部の切れ刃でもよく適宜設定すればよい。また、本発明の仕上げブローチ工具においては刃部の軸方向の数も数個から十数個と少なく、簡単には全刃部にほぼ同じ比率で補正すればよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態を示すブローチ工具の側面図、図２はＣＶＴボール溝穴を有するワークの端面図、図３は図２のワークのボール溝加工部詳細図、図４はブローチ工具の逃げ部側に対する切れ刃形状を示す説明図、図５はブローチ工具の面取り部側に対する切れ刃形状を示す説明図である。本発明の実施の形態においては、例として、ＣＶＴボール溝を仕上げ代を残して前加工し、浸炭焼入後、表面硬度６０ＨＲＣとしたワークのＣＶＴボール溝のボールが二点接触しながら転動するボール転動面を形成する円弧部を超硬切れ刃を有するブローチにて仕上げ加工した例を示す。本発明の実施の形態に用いるブローチ工具１は図１に示すように、つかみ部２に続く本体３に超硬合金の切れ刃５を有する中空円筒状の組立体４を嵌入固定された組立ブローチである。本体３は組立体を貫通し、後端に後つかみ部６が設けられている。超硬合金の切れ刃５のチッピング防止のため、すくい角は−１０°とし、耐摩耗性向上のため硬質被膜のコーティングを施してある。本発明においては、切れ刃形状が特徴であるが、図１では明示していない。また、図１は、切れ刃形状を除き従来例で述べた特許文献２に記載のものとほぼ同様である。
【００１３】
図２に示すように、本発明で加工される又は仕上げ加工されたワーク３０の端面の穴形状は３箇所にボール溝７，７，７が設けられた内径穴８が貫通されている。加工後（設計仕上げ寸法）のボール溝７は図３に示すように、ボール溝を転動するボール（図示しない）がボール溝と二点接触するようにされた円弧部９ａ，９ｂと、円弧部の仮想交点部近傍に設けられた逃げ部１０が設けられている。本発明においては、二点鎖線で示す加工前円弧部３１を仕上げブローチ加工により円弧部９ａ、９ｂに仕上げるものである。円弧部９ａ，９ｂのそれぞれの中心１１ａ，１１ｂは互いに交差し、ボール溝の円弧部の仮想交点とボール溝が形成される内径穴８の中心とを結ぶ線、即ち、分割線１２に対して対称に配設されている。なお、分割線１２はいいかえれば、逃げ部１０の中心と内径穴８の中心とを結ぶ線である。さらに円弧部９ａ，９ｂと内径穴８との交点に面取り部１３ａ，１３ｂが設けられている。加工前の逃げ部１０の両側、面取り部１３の円弧部側は図よりも内径方向に延び加工前円弧部３１と接続されている。
【００１４】
前述したように、逃げ部側、面取り部側でのワークの弾性変形が他の部分よりも大きく、逃げ部側と面取り部側との中間部では比較的変形が小さい。このように、変形は加工縁に強くあらわれていると考えられ、ブローチの仕上げ切れ刃５の形状をこの必要ワーク形状の円弧部９ａ，９ｂと同一とすると、加工中ワーク３０が点線１４，１５ａ，１５ｂで示すように逃げ部１０近傍の逃げ部側加工部Ａ、面取り部１３，１３近傍の面取り部側加工部Ｃで、加工反力により弾性変形し、変形した部分に削り残しが生じる。また、中間部であるボール溝中央部Ｂでの変形は少ない。なお、図においては誇張して記載している。加工されたワーク３０は点線１６，１７ａ，１７ｂで示すように、逃げ部側加工部Ａ、面取り部側加工部Ｃで、ねらいのフォーム形状から外れ、これが加工誤差となる。この加工誤差を予め計算または実験により予測し、ブローチの切れ刃５の形状を定めた。
【００１５】
【実施例】
先ず、逃げ部側加工部Ａにおいては、ブローチフォーム形状を、図４に示すように、円弧部９ａ，９ｂの逃げ部側加工部Ａの曲率半径Ｒ２を、仕上げ後の円弧部の設計曲率半径Ｒ１（要求形状）よよりも大きく設定し、残部Ｄの曲率半径をＲ１とした。逃げ部側加工部Ａの円弧の中心１８ａ，１８ｂ、残部Ｄの設計曲率半径の中心１１ａ，１１ｂとを結ぶ線と、分割線１２とは交差角θ＝２５°で交差するようにされ、逃げ部側加工部Ａと残部Ｄの円弧はθ＝２５°の位置１９ａ，１９ｂで曲率が連続となるように、即ち、スムースに接続するようにした。かかるボール溝加工において、残部Ｄの曲率半径Ｒ１、逃げ部側加工部Ａの曲率半径Ｒ２＝Ｒ１×１．１とし、Ｒ１＝３．３ｍｍのボール溝を加工したところ、逃げ部側加工部Ａでのフォーム誤差は１０μ以下となり、良好な結果となった。
【００１６】
また、図５に示すように、円弧部９ａ，９ｂの面取り部側加工部Ｃの曲率半径Ｒ３を、仕上げ後の円弧部の設計曲率半径Ｒ１（要求形状）よよりも大きく設定し、逃げ部側加工部Ａの曲率半径を前述したＲ２に、残部Ｄよりさらに、面取り部側加工部Ｃを除いたボール溝中央部Ｂの曲率半径をＲ１とした。面取り部側加工部Ｃの円弧の中心２０ａ，２０ｂ、ボール溝中央部Ｃの設計曲率半径の中心１１ａ，１１ｂとを結ぶ線と、分割線１２とは交差角φ＝８２°で交差するようにされ、面取り部側加工部Ｃとボール溝中央部Ｂの円弧はφ＝８２°の位置２１ａ，２１ｂで曲率が連続となるように、即ち、スムースに接続するようにした。かかるボール溝加工において、逃げ部側加工部Ａは前述した実施例と同様とし、面取り部側加工部Ｃの曲率半径Ｒ３をボール溝中央部Ｂの曲率半径Ｒ１よりも大きくし、Ｒ３＝Ｒ１×１．５とした。このときＣ部の範囲は図５φ（＝８２°）で示す領域の外側である。このようなブローチ工具でＲ１＝３．３ｍｍのボール溝を加工したところ、逃げ部側加工部Ａ、および、ボール溝中央部Ｂ、面取り部側加工部Ｃの全域でのフォーム誤差は１０μ以下となり良好な結果となった。なお、面取り部１３ａ，１３ｂの面取り幅は０．２ｍｍである。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、表面硬度４５〜６５ＨＲＣのワークの仕上げブローチ加工力によるワークの弾性変形量を予め計算し又は実験により予測し、加工後に加工力が除去されてワークの弾性変形が戻ったときにワークの要求形状となるように、ブローチ切れ刃のフォーム形状を補正した歯形を有するブローチ工具としたので、切削断面のフォームがくずれることがなく、ワークの弾性変形が戻ったときにねらいのフォーム形状となるブローチ工具となった（請求項１）。
【００１８】
さらに、表面硬度４５〜６５ＨＲＣのワークのＣＶＴボール溝の仕上げ加工において、逃げ部側加工部の曲率半径をワーク円弧部の設計曲率半径よりも大きなブローチ工具とし（請求項２）、より好ましくは、逃げ部側加工部の曲率半径をワークの設計曲率半径の１１０％以上１２０％以下、交差角θを２０°以上３０°以内としたので、加工後の逃げ部側加工部のフォーム形状が、理想フォームに対して１０μｍ以下というような形状加工ができるようになった（請求項３）。
【００１９】
また、同様に、面取り部側加工部の曲率半径をワーク円弧部の設計曲率半径よりも大きくし（請求項４）、より好ましくは、面取り部側加工部の曲率半径をワークの設計曲率半径の１１０％以上１２０％以下、交差角φを７５°以上かつ面取り部端から０．２ｍｍ以上の幅としたので、加工後の面取り部側加工部のフォーム形状が、理想フォームに対して１０μｍ以下というような形状加工ができるようになった（請求項５）。
【００２０】
このように、本発明のブローチ工具によれば、ボール溝の各部分のブローチ加工時における変形に応じて、ブローチ工具の切れ刃の形状を補正したので、焼き入れにより表面硬度４５〜６５ＨＲＣのような高硬度のＣＶＴボール溝の仕上げ加工ような場合にあっても、高いフォーム形状精度を必要とする円弧部のブローチ加工を可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すブローチ工具の側面図である。
【図２】本発明に適用するＣＶＴボール溝穴を有するワークの端面図である。
【図３】図２のワークのボール溝加工部詳細図である。
【図４】本発明の実施の形態を示すブローチ工具のワークの逃げ部側に対する切れ刃形状を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態を示すブローチ工具のワークの面取り部側に対する切れ刃形状を示す説明図である。
【符号の説明】
１    ブローチ工具
５    切れ刃
７    ボール溝
８    内径穴
９ａ、９ｂ  （ワーク）円弧部
１０  逃げ部
１１ａ、１１ｂ  設計曲率半径の中心
１２  ボール溝の円弧部の仮想交点とボール溝が形成される内径穴中心とを結ぶ線（分割線）
１３ａ、１３ｂ  面取り部
１８ａ、１８ｂ  逃げ部側加工部の曲率中心
３０  ワーク
Ａ    逃げ部側加工部の加工範囲
Ｃ    面取り部側加工部の加工範囲
Ｒ１  （ワーク円弧部の）設計曲率半径
Ｒ２  逃げ部側加工部の曲率半径
Ｒ３  面取り部側加工部の曲率半径
θ    分割線と、設計曲率半径の中心と逃げ部側加工部の曲率中心とを結ぶ線との交差角
φ    分割線と、設計曲率半径の中心と面取り部側加工部の曲率中心とを結ぶ線との交差角
【図１】
2005007537.tif 000003
【図２】
2005007537.tif 000004
【図３】
2005007537.tif 000005
【図４】
2005007537.tif 000006
【図５】
2005007537.tif 000007